1953 ～ 2019年抚仙湖流域降水时空分布规律研究

郭代祥

云南省水文水资源局玉溪分局 云南玉溪 653100

【摘要】根据抚仙湖流域6个雨量代表站1953～2019年降水资料对流域降水变化规律进行分析。采用统计分析法分析了降水量年际变化和丰枯变化，采用Mann－Kendall 法和累积距平法等对流域年降水的趋势性、跳跃性进行了分析,采用反距离权重法对降水量的空间分布进行了研究。结果显示,抚仙湖流域多年平均年降水量914.4mm，年降水量Cv值在0.16～0.19之间；1953～2019年降水量系列变化为波动缓慢增加趋势，但趋势不显著，系列变化无显著跳跃；在垂直空间分布上，流域内各站多年平均降水量与其所处高程存在一定相关关系，流域降水变化梯度范围大约为（50～80mm）/50m。在水平空间分布上，抚仙湖流域多年平均年降水量大致从流域的北部向南部递减。研究结果可为抚仙湖水资源保护与管理提供参考。

【关键词】年降水；变化趋势；时空分布；抚仙湖流域

1 流域概况

抚仙湖地处滇中玉溪市境内，属珠江流域南盘江水系，省级自然保护区，是我国水质较好的淡水湖泊之一，蓄水量占云南九大高原湖泊蓄水总量的68.3%。抚仙湖流域入湖河流103条，主要入湖河流34条，这些河流大多是间歇性的山区河流，并呈辐合状汇入抚仙湖。流域多年平均降雨量950 mm，5～9月降水量约占全年降水量的75%；多年平均水面蒸发量为1450 mm，多年平均气温为15.6 ℃。

2 数据和方法

2.1 数据

选取流域内资料系统较长、完整度及代表性较好的澄江海口、茶尔山水库、东大河水库、梁王河水库、江川、澄江共6个雨量站点的逐月降水资料，数据主要来源于云南省水文资料整编年鉴和玉溪市第三次水资源调查评价成果。其中澄江海口站为国家基本水文站，从1953年起就有连续降水观测数据，资料系列长达67年；江川、澄江为气象站，资料系列长59年；东大河、梁王河和茶尔山为基本雨量站，资料系列分别长41年、61年和56年。以澄江海口站为参证站，采用相关关系法把其它站资料系列进行插补延长，使所有雨量站资料系列延至67年，以各代表站雨量算术平均值代表流域平均雨量。

2.2 方法

2.2.1 回归分析法和滑动平均法

采用回归分析法和滑动平均法对抚仙湖流域1953～2019年系列年降水量进行变化趋势分析。

2.2.2 肯德尔秩次法

应用肯德尔秩次法分析抚仙湖流域年降水序列变化趋势的显著性。Mann－Kendall 法（简称M－K法)，是用来评估气候要素时间序列趋势的检验方法, 以适用范围广、人为性少、定量化程度高而著称。给定显著水平ɑ，其检验临界值为U_ɑ/2。当|U|>U_a/2，序列趋势显著；当|U|a/2，则序列趋势不显著。本文取ɑ=0.05、以检验临界值U_ɑ/2=1.96，计算判断抚仙湖流域1953-2019年降水变化的显著性。

2.2.3 累积距平法

用累积距平法对抚仙湖流域年降水序列变化跳跃性进行分析。累积距平法是一种基于均值的检验方法，通过观察差积曲线可判断数据点离散程度，以及时间序列在长期内的变化趋势和突变时间。判断系列是否存在突变：先计算回归检验值T，在给定α的条件下，若|T|>T_a/2，说明资料系列存在突变（跳跃），跳跃点为累积距平曲线的极值点（最大、最小）前后，具体根据系列累积距平曲线过程确定；若|T|a/2，说明资料系列无显著跳跃。主要是判断离散数据对其均值的离散程度，若曲线呈现上升趋势，表明累积距平值增大，离散数据大于其均值；若曲线呈现下降趋势，表明累积距平值减小，离散数据小于其均值。

2.2.4 反距离权重法

反距离权重 (IDW) 插值使用一组采样点的线性权重组合来确定像元值。权重是一种反距离函数。进行插值处理的表面应当是具有局部因变量的表面。此方法假定所映射的变量因受到与其采样位置间的距离的影响而减小。

3 分析结果

3.1 年际变化

抚仙湖流域年降水量Cv值为0.16，各代表站Cv值在0.16～0.19之间。其中海口站年降水量Cv值最大，为0.19；东大河水库站年降水量Cv值最小，为0.16。流域多年平均年降水量914.4mm；在频率为1%、2%、5%、10%、20%、50%、75%、90%和95%设计条件下，流域年降水量分别为1289mm、1239mm、1168mm、1106mm、1035mm、907mm、812mm、733mm和688mm。各代表站多年平均年降水量在841.7～996mm之间；100年一遇年降水量在1234～1432mm之间，50年一遇年降水量在1181～1374mm之间，20年一遇年降水量在1105～1290mm之间，10年一遇年降水量在 1041～1218mm之间，5年一遇年降水量在966～1135 mm之间；一般年份年降水量在833～987mm之间，偏枯水年（P=75%）降水量在735～877mm之间，枯水年（P=90%）降水量在654～786mm之间，特枯水年（P=95%）降水量在609～737mm之间。

3.2 丰枯变化

海口站1953～2019年期间，发生3年及3年以上的连丰降水情况共有4次；其中1次是1964～1968年的5年连丰、1次是1970～1972年的3年连丰、2次是1999～2002年和2014～2017年的4年连丰；连丰年份平均年降水量与多年平均年降水量比值（K丰）在1.1～1.3之间；最大年降水量与多年平均年降水量比值（Kmax）为1.38。发生3年及3年以上的连枯降水情况共有5次，均为3年连枯，分别是1958～1960年、1973～1975年、1987～1989年、1996～1998年和2011～2013年；连枯年份平均年降水量与多年平均年降水量比值（K枯）在0.7～0.9之间；最小年降水量与多年平均年降水量比值（Kmin）为0.61。

3.3 降水变化趋势

（1）显著性分析:

根据（2）式计算分析得到抚仙湖流域1953～2019年降水量系列肯德尔秩次相关检验值∣U∣=0.3470.05/2=1.96,说明该系列变化趋势不显著，即抚仙湖流域1953～2019年降水量系列增加变化的趋势不显著。

（2）跳跃性分析:

取信度ɑ =0.05、以检验临界值T_ɑ/2=1.64，计算判断抚仙湖流域1953～2019年降水量系列过程的跳跃性。结果得到：∣T∣=1.31(0.05/2)=1.64,说明抚仙湖流域1953～2019年降水量系列变化无显著跳跃。

3.4 降水量空间分布

在垂直空间分布上，建立各站年降水量与站点高程关系，可发现各站多年平均降水量与其所在高程存在一定相关关系，相关系数r=0.8141。流域降水变化梯度范围大约为（50～80mm）/50m。

在水平空间分布上，抚仙湖流域多年平均年降水量在840～1000mm之间变化，大致从流域北部向流域南部递减。

4 结论：

抚仙湖流域多年平均年降水量914.4mm，年降水量Cv值在0.16～0.19之间。澄江海口站1953～2019年期间，发生3年及3年以上的连丰降水情况共有4次；发生3年及3年以上的连枯降水情况共有5次。最大年降水量与多年平均年降水量比值（Kmax）为1.38，最小年降水量与多年平均年降水量比值（Kmin）为0.61。抚仙湖流域1953～2019年降水量趋势不显著，且系列变化无显著跳跃。在垂直空间分布上，流域内各站多年平均降水量与其所处高程存在一定相关关系，大致从流域的北部向南部递减。

【参考文献】

[1] 谷桂华,杨侃,杨文春,等.抚仙湖适宜生态水位研究及水位改变度分析[J].中国农村水利水电,2021(07):54-60.